Cation disorder engineering yields AgBiS2 nanocrystals with enhanced optical absorption for efficient ultrathin solar cells

材料科学 光电子学 光伏 吸收(声学) 半导体 硫系化合物 光伏系统 太阳能电池 衰减系数 纳米晶 纳米技术 光学 生态学 生物 物理 复合材料
作者
Yongjie Wang,Seán R. Kavanagh,Ignasi Burgués‐Ceballos,Aron Walsh,David O. Scanlon,Gerasimos Konstantatos
出处
期刊:Nature Photonics [Nature Portfolio]
卷期号:16 (3): 235-241 被引量:169
标识
DOI:10.1038/s41566-021-00950-4
摘要

Strong optical absorption by a semiconductor is a highly desirable property for many optoelectronic and photovoltaic applications. The optimal thickness of a semiconductor absorber is primarily determined by its absorption coefficient. To date, this parameter has been considered as a fundamental material property, and efforts to realize thinner photovoltaics have relied on light-trapping structures that add complexity and cost. Here we demonstrate that engineering cation disorder in a ternary chalcogenide semiconductor leads to considerable absorption increase due to enhancement of the optical transition matrix elements. We show that cation-disorder-engineered AgBiS2 colloidal nanocrystals offer an absorption coefficient that is higher than other photovoltaic materials, enabling highly efficient extremely thin absorber photovoltaic devices. We report solution-processed, environmentally friendly, 30-nm-thick solar cells with short-circuit current density of 27 mA cm−2, a power conversion efficiency of 9.17% (8.85% certified) and high stability under ambient conditions. AgBiS2 nanocrystals with enhanced optical absorption yield efficient ultrathin solar cells.
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